WO2017220075A1 - Labyrinth seal and method for producing a labyrinth seal - Google Patents

Labyrinth seal and method for producing a labyrinth seal Download PDF

Info

Publication number
WO2017220075A1
WO2017220075A1 PCT/DE2017/100500 DE2017100500W WO2017220075A1 WO 2017220075 A1 WO2017220075 A1 WO 2017220075A1 DE 2017100500 W DE2017100500 W DE 2017100500W WO 2017220075 A1 WO2017220075 A1 WO 2017220075A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sealing element
sealing
labyrinth seal
gap
sealing gap
Prior art date
Application number
PCT/DE2017/100500
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Krimpmann
Stephan Hahn
Tobias Hock
Michael Pausch
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2017220075A1 publication Critical patent/WO2017220075A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/08—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F16J15/4472—Labyrinth packings with axial path
    • F16J15/4474—Pre-assembled packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F16J15/453—Labyrinth packings characterised by the use of particular materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2207/00—Aspects of the compositions, gradients
    • B22F2207/20—Cooperating components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/80—Labyrinth sealings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a labyrinth seal with improved manufacturability.
  • the present invention further relates to a method for producing a labyrinth seal by an additive manufacturing method.
  • Labyrinth seals are available in different embodiments.
  • such seals may be integrated into a bearing inner structure or attached as adapter components to the bearing as an adaptive seal.
  • the object is achieved according to the invention by a method for producing a labyrinth seal having the features of claim 1.
  • the object is also achieved by a labyrinth seal with the features of Claim 5.
  • Preferred embodiments of the invention are described in the subclaims, in the description or the figures, wherein further features described or shown in the subclaims or in the description or the figures may represent individually or in any combination an object of the invention if the context does not clearly indicate the opposite.
  • a method for producing a labyrinth seal wherein a digital dataset is provided, which dataset comprises three-dimensional shape data of the labyrinth seal, the labyrinth seal comprising a first sealing element and a second sealing element, which are configured corresponding to one another such that between the first Sealing element and the second sealing element, a sealing gap can be formed, wherein the first sealing element and the second sealing element are each produced in one piece by a common manufacturing process based on the digital data set by an additive manufacturing process.
  • the invention thus relates to the construction and manufacture of labyrinth seals. These have, according to the method described above, two sealing elements, between which a sealing gap is formed. In particular, a labyrinth seal is produced which has exactly two sealing elements. However, it is within the scope of the invention that the labyrinth seal has more than two sealing elements. In one embodiment, the sealing elements may preferably be completely separated from one another if the sealing elements are to be movable relative to one another, for example. Characteristic of labyrinth seals is in particular that the sealing gap has no straight course, but the sealing effect is caused by an example, labyrinthine shape.
  • Such a sealing gap can thus be angular and / or curved in order to prevent or at least significantly reduce the passage of fluid through the sealing gap.
  • the labyrinth seal consists of exactly or more than two sealing elements, which are designed individually or both in one piece.
  • first of all a digital data record is provided, which data record comprises three-dimensional shape data of the labyrinth seal.
  • the provision of the data record can be done by entering via an input unit, such as a keyboard, in a processor or in a control unit, which or is the part of a manufacturing device and controls the manufacturing process.
  • the data record in the processor or in the control unit for example, be transmitted online or read from a storage medium.
  • the data set comprises three-dimensional shape data of the labyrinth seal.
  • the dataset describes the labyrinth seal to be produced in its size and geometry or in its three-dimensional form such that the labyrinth seal can be generated based on this dataset.
  • the shape data are formed in a layer structure, as is known per se for additive manufacturing methods.
  • the shape data additionally has information about outlet openings, which may be of importance in order to remove unprocessed raw material such as from a cavity of the labyrinth seal or to facilitate the removal of raw material in other ways.
  • the first sealing element and the second sealing element are each produced in one piece by a common manufacturing process based on the digital data set by an additive manufacturing process.
  • the labyrinth seal is produced by the additive manufacturing method such that the sealing elements are each designed in one piece and are not produced from a plurality of parts.
  • an additive manufacturing process can be understood as meaning, in particular, a process in which a component is built up in layers on the basis of digital 3D design data by depositing or building up material.
  • examples of such processes include, for example, 3D printing, which is often also understood to mean laser sintering or laser melting.
  • An additive manufacturing process differs significantly from conventional, erosive manufacturing methods. Instead of milling a workpiece from a solid block, as is known in abrasive processes, for example the components in additive manufacturing process built layer by layer of materials, which are present as a starting material in particular fine powder. Such methods are used, for example, in so-called rapid prototyping or in series production.
  • a laser such as a CO 2 laser, an Nd: YAG laser or a fiber laser, or else an electron beam source is used for processing such as for melting the raw material.
  • the powdery material is for example a plastic, such as polyamide, polycarbonate or another plastic, a plastic-coated molding sand, or a metal powder, such as nickel, iron, cobalt, an alloy of the above-described metals, or a ceramic powder ,
  • the labyrinth seal is produced by adaptive manufacturing process
  • the first sealing element can be made in one step together with the second sealing element, wherein the first sealing element and the second sealing element are easily configured in one piece. This thus allows a much simpler manufacturing process, since it can be dispensed with the joining of individual parts.
  • the method runs in a simple manner regardless of the complexity of the Dichtspaltge- ometrie, so that even very complex Dichtspaltgeometrien or nested in each other sealing elements can be easily generated, which were often not or only very complex generated by conventional processes.
  • Sealing gap geometries can be made more complex by the design freedom of additive manufacturing processes, without increasing the number of parts. This makes it possible to allow an increase in the sealing effect of labyrinth seals, preferably by increasing the sealing gaps or by more complex sealing gap geometries, but without increasing the number of parts.
  • labyrinth seals having a component of the direction of the sealing gap in two mutually perpendicular directions, ie where the course of the sealing gap has a component in two mutually perpendicular directions, wherein the length of the directional components may be greater than the cross section of the sealing gap.
  • the two mutually perpendicular directional components may extend approximately axially and radially.
  • the sealing gap may run in a loop, be it curvy or angled.
  • Such sealing gap geometries offer a high sealing effect, but due to the nested arrangement of the sealing elements by conventional methods, they can only be produced by a large number of components.
  • such directions of the sealing gap are, for example, radially or axially.
  • axial labyrinths In adaptive labyrinth seal systems, for example, a distinction can be made between axial and radial labyrinths, especially in the application for sealing bearings.
  • axial labyrinths are possible.
  • radial labyrinth seals are preferable.
  • a massive multipartite occurs when about at least two to three loops are to be achieved, which is why generative manufacturing processes offer ways to circumvent these disadvantages and can limit the production costs economically and technically.
  • the above-described method allows the reduction of the number of parts in the production of labyrinth seals of all kinds by using additive or generative manufacturing methods with simultaneous possible increase in the sealing effect.
  • the method described above makes it possible to simplify the manufacturing process by using generative methods.
  • conventional methods are comparatively complicated, since machining of complex geometries, for example, is complicated and joining methods likewise increase the complexity.
  • the above-described method makes it possible to increase the value by increasing the functionality and lowering the production costs, which, however, in principle makes itself noticeable in small series or prototypes.
  • a 3D printing method such as laser sintering or laser melting or electron beam melting
  • a component to be produced is built up in layers.
  • a layer of powder of the raw material from which the gasket is to be formed such as a metal powder
  • a device is used which can apply a powder layer with a precisely defined thickness.
  • the powder layers are bounded by walls. The powder, which is to become the solid component, is melted with a laser and thus welded.
  • the base is lowered a small amount and another powder layer is pulled over the finished layer.
  • the required powder melted by laser and welded to the underlying layer. This creates a solid body of metal. This is repeated until the component is complete. Subsequently, the loose powder is removed, so that the finished component or the labyrinth seal is completed.
  • the method comprises the method steps:
  • the digital data record is thus provided according to method step a), as described in detail above.
  • powdery raw material is introduced into a processing space.
  • a processing space is to be understood as meaning a space or a volume in which the powder for forming the labyrinth seal is treated.
  • the processing space in the horizontal plane can be enclosed by walls and the floor can serve as a base for the raw material.
  • the raw material can be interspersed from above, as described above.
  • a three-dimensional localized joining of powder particles of the powdery raw material can be carried out based on the data set, forming essentially the first sealing element and the second sealing element.
  • This step can be interrupted, for example, by re-sprinkling raw material, for example when the method is carried out such that initially a defined thickness of the raw material is interspersed, the particles are partially joined and subsequently a further layer of the raw material is filled.
  • a bonding of the powder particles can be carried out in layers, which can be done in a vertical plane, so a total of three-dimensional, a bonding of the powder particles.
  • An embodiment of substantially the first sealing element and the second sealing element can also mean that the sealing elements produced can still have structures, such as, in particular, outlet openings for removing the raw material, which under certain circumstances may still be closed or may remain open.
  • a locally limited joining of the particles is thus based on the digital data set and thus limited so that the desired components arise.
  • the particles are connected at the positions which are or should be part of the labyrinth seal to be produced.
  • the labyrinth seal comprises a plastic or a metal.
  • suitable metals for example, but in no way limiting nickel, palladium, steel, cobalt, copper, titanium, iron or their alloys may be mentioned.
  • Exemplary plastics for example, in no way limit polyamide, polycarbonate or fiber-reinforced plastics. The particle size of such materials, as well as their material in principle, but in principle to choose according to the desired application or mold to be produced and according to the concrete additive manufacturing process.
  • a localized joining of the particles can be carried out, for example, using a laser or an electron beam, which can, for example, locally melt and thus join the particles, or which, for example in the case of plastics, can cause local hardening.
  • a laser or an electron beam which can, for example, locally melt and thus join the particles, or which, for example in the case of plastics, can cause local hardening.
  • the laser or the electron beam to choose depending on the selected raw material.
  • the labyrinth seal is fixed to a bearing during manufacture, so that a sealing element of the first and second sealing element is formed as a stator us the second sealing element of the first and second sealing element is designed as a rotor, such as inner ring or outer ring a rolling bearing.
  • a sealing element of the first and second sealing element is formed as a stator
  • the second sealing element of the first and second sealing element is designed as a rotor, such as inner ring or outer ring a rolling bearing.
  • This embodiment is particularly simple and can be realized with particularly few production steps, since in a production of the labyrinth seal equally tying takes place at the camp, so that very few manufacturing steps are necessary.
  • corresponding bearings include, for example, roller bearings or spindle bearings in which a sealing element acts as a stator in a manner known per se and the further sealing element acts as a rotor.
  • the labyrinth seal is included in the invention to design the labyrinth seal as seals integrated into the bearing inner construction, in which the labyrinth seal initially produced is integrated into the bearing.
  • the bearing has corresponding receptacles for the sealing elements in order to fix the sealing elements on the bearing.
  • this can be realized by a latching connection or clip connection and / or in principle by a positive connection.
  • the present invention further relates to a labyrinth seal, comprising a first sealing element and a second sealing element, wherein the first sealing element and the second sealing element are configured corresponding to each other so that between see the first sealing element and the second sealing element, a sealing gap is formed, wherein the first Sealing element and the second sealing element are integrally formed.
  • a sealing element described above permits improved manufacturability, since a labyrinth seal, in which the sealing elements are in one piece, requires a reduced number of parts. As a result, manufacturing steps can be saved and the manufacturing process for the above-described labyrinth seal can be kept particularly simple. This is particularly advantageous when the labyrinth seal of the first sealing element and the second sealing element, preferably Both are configured in one piece, consists. However, it is within the scope of the present invention that the labyrinth seal has more than two sealing elements.
  • a particularly good sealing effect can be achieved if the sealing gap or its course has a directional component in two mutually perpendicular directions, in particular wherein the length of the directional components is greater than the cross section of the sealing gap.
  • the sealing gap may run in a loop, be it curvy or angled.
  • Such sealing gap geometries offer a high sealing effect, but due to the nested arrangement of the sealing elements by conventional methods can only be produced by a large number of components. Since, however, a good sealing effect is to be expected, in particular in such an embodiment, the present invention is of particular advantage in the production of labyrinth seals with a high sealing effect.
  • the sealing gap can be provided if at least one sealing element has an undercut on the side facing the sealing gap.
  • This embodiment can allow a particularly good sealing effect and is also difficult to achieve by conventional manufacturing methods.
  • the sealing gap meanders over a cross section.
  • the sealing gap may be at least partially designed in the form of loops, which may be symmetrical or asymmetrical.
  • the sealing gap freezes over the cross section.
  • the radii of curvature may differ from one another and the cross section of the sealing gap may vary.
  • the diameter or cross section of the sealing gap can be uniform regardless of the specific embodiment or can also be deviating at different positions, that is, configured to vary.
  • a further variant of a free design of the sealing geometry can be seen in that the first sealing element is designed as a rotor, which around an axis se is rotatable, and that the second sealing element is designed as a stator.
  • the labyrinth seal has at least one, preferably more than one, axial sealing gap region, and at least one, preferably more than one, radial sealing gap region, wherein it is further provided that the radial sealing gap region relative to the radial plane by the angle ⁇ is inclined, or that the axial sealing gap area has a varying cross-section, in which the sealing gap increases or decreases approximately axially to a bearing, such as radial rolling bearings or away from a radial rolling bearing.
  • the axial sealing gap area can alternatively or additionally be kept constant or designed with a variable cross section.
  • lubricant for example, back into a camp, which seals the labyrinth seal promoted.
  • the exact configuration can depend on the desired effect and the specific application in a manner understandable to the person skilled in the art.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an embodiment of a labyrinth seal on a rolling bearing
  • FIG. 3 shows a schematic view of a further embodiment of a labyrinth seal on a roller bearing
  • FIG. 4 shows a schematic view of a further embodiment of a labyrinth seal on a roller bearing
  • FIG. 5 shows a schematic view of a further embodiment of a labyrinth seal on a roller bearing.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a labyrinth seal 10.
  • the labyrinth seal 10 comprises a first sealing element 12 and a second sealing element 14, wherein the first sealing element 12 and the second sealing element 14 are connected to one another in such a way. are designed correspondingly, that between the first sealing element 12 and the second sealing element 14, a sealing gap 16 is formed. It is provided that the first sealing element 12 and the second sealing element 16 are integrally formed.
  • the illustrated embodiment shows a radial roller bearing 18 with inner ring 20, outer ring 22, spherical rolling elements 24 and a cage 26.
  • On the front side is additively on the inner ring 20, the second sealing element 14 as a one-piece stator, and on the outer ring 22, the first sealing element 12 as one piece Rotor added.
  • Between the rotating and static component is the sealing gap 16, which expands radially at least once in the positive and negative directions, and in the axial direction has an extension.
  • the exemplary embodiment is produced generatively or additively.
  • outlet openings 30 or slots for the residual powder are to be provided, since the rotor and stator or the first sealing element 12 and the second sealing element 14 are manufactured in one production step.
  • outlet openings 30 can be arranged both on the rotor and / or on the stator or on the first sealing element 12 or on the second sealing element 14. As a result of mounting in the housing and on the shaft these outlet openings 30 are closed again. Thus, in principle and independently of the specific embodiment, it may be possible not to close off the outlet openings 30, to close them by other components or to use the particular molten or molten substance of the raw material, for example residual powder, or other melted or molten materials in particular - shut down.
  • FIG. 2 shows a production method for such a labyrinth seal 10.
  • a digital data set is provided, which data set comprises three-dimensional shape data of the labyrinth seal 10, wherein the labyrinth seal 10 comprises the first sealing element 12 and the second sealing element 14, which are designed to correspond to one another such that between the first sealing element 12 and the second Sealing element 14, a sealing gap 16 can be formed, wherein the first sealing element 12 and the second sealing element 14 by a NEN common manufacturing process based on the digital data set by an additive manufacturing process are each produced in one piece.
  • the one-part production of the first sealing element 12 and the second sealing element 14 is shown in FIG. 2 by way of example with an example for optimum orientation in the installation space.
  • attention must be paid to outlet openings 30 for powder removal, and in principle to a minimum gap width of preferably ⁇ 1 mm, preferably ⁇ 0.7 mm, for example ⁇ 0.5 mm, such as ⁇ 0.3 mm, for the sealing gap 16
  • the design must be optimized accordingly in order to be able to remove any necessary support material.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a labyrinth seal 10.
  • This embodiment shows relative to the radial plane by the angle ⁇ inclined sealing blades, or has an angle with respect to the radial plane radially arranged sealing gap region 16 r .
  • variable sealing gaps 16 can be realized, in which the sealing gap approximately axially to a bearing, such as radial roller bearing 18 or away from a radial roller bearing 18 increased or decreased, for example, can promote lubricant back into the camp.
  • the axial sealing gap region 16 a can be kept constant or likewise by variable tilting angle.
  • kel be designed with variable cross-section. This embodiment is also made possible by a generative production only with reasonable effort.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a labyrinth seal 10.
  • This embodiment shows a labyrinth seal 10 comprising a rotor as the first sealing element 12 and stator as the second sealing element 14. There are both radial sealing gap areas 16 r and axial sealing gap areas 16 a integrated. The sealing effect can thus be increased by additional "labyrinth loops" by means of corresponding undercuts 34.
  • outlet openings 30, preferably in the form of bores, shafts or the like These are, after installation, preferably reclosed by means of a shaft and a housing.
  • the outlet openings 30 can be arranged in the radial direction or also in the axial direction.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a labyrinth seal 10.
  • the embodiment shown in FIG. 5 shows a labyrinth seal 10 with a sealing gap 16 in a free-form.
  • This can be produced by generative manufacturing processes.
  • 16 corresponding outlet openings 30 are to be provided by a curved sealing gap, if powder bed based methods are used. Due to the almost free design of the sealing gap 16, the sealing effect can be effectively increased.
  • the shape of the sealing gap 16 can be varied as desired, if necessary, several loops can be installed, for example if the sealing gap meanders in a cross section. The advantages can be seen, for example, in producing any desired seal geometry, adapted depending on the intended application, in the one-piece production, two-part operation and in the variable free-form sealing gap.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

The subject matter of the present invention is a method for producing a labyrinth seal (10), wherein a digital data set is provided, which data set comprises three-dimensional shape data of the labyrinth seal (10), wherein the labyrinth seal (10) comprises a first sealing element (12) and a second sealing element (14), which are configured corresponding to each other in such a manner that a sealing gap (16) can be formed between the first sealing element (12) and the second sealing element (14), wherein the first sealing element (12) and the second sealing element (14) are produced by a joint production process in each case integrally on the basis of the digital data set by means of an additive production method. A method of this type permits complex sealing geometries by means of simple production processes.

Description

Labyrinthdichtunq und Verfahren zum Herstellen einer Labyrinthdichtung  Labyrinth seal and method of making a labyrinth seal
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung mit verbesserter Herstellbar- keit. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Labyrinthdichtung durch ein additives Fertigungsverfahren. The present invention relates to a labyrinth seal with improved manufacturability. The present invention further relates to a method for producing a labyrinth seal by an additive manufacturing method.
Labyrinthdichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen erhältlich. Beispielsweise können derartige Dichtungen in eine Lagerinnenkonstruktion integriert sein oder als Adapterbauteile an die Lagerung als adaptive Dichtung angefügt werden. Labyrinth seals are available in different embodiments. For example, such seals may be integrated into a bearing inner structure or attached as adapter components to the bearing as an adaptive seal.
Bei adaptiven Labyrinthdichtsystemen, beispielsweise, kann unterschieden werden zwischen axialen und radialen Labyrinthen. Um möglichst viele Schleifen im Labyrinth zu erzeugen, haben sich axiale Labyrinthe etabliert. Dies ermöglicht eine verbesserte Herstellung. Um jedoch die Fliehkraft durch den Rotor gezielt für die Dichtwirkung nutzen zu können, beispielsweise um Schmutz aus dem Spalt zu fördern und Schmierstoff zurück zu fördern, sind radiale Labyrinthdichtungen bevorzugt. Der große Nachteil derartiger Dichtungen ist jedoch eine vergleichsweise komplexe und aufwändige Herstellung derartiger Dichtungen. In adaptive labyrinth seal systems, for example, a distinction can be made between axial and radial labyrinths. To create as many loops as possible in the labyrinth, axial labyrinths have become established. This allows for improved production. However, in order to use the centrifugal force targeted by the rotor for the sealing effect, for example, to promote dirt from the gap and promote lubricant back, radial labyrinth seals are preferred. However, the great disadvantage of such seals is a comparatively complex and expensive production of such seals.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Fertigungsverfahren für Labyrinthdichtungen können daher noch Verbesserungspotential aufweisen. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenigstens einen Nachteil aus dem Stand der Technik zumindest teilweise zu umgehen. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fertigungsverfahren für Labyrinthdichtungen zu schaffen, welches auf einfache Weise das Erzeugen der Labyrinthdichtung ermöglicht. Such known from the prior art manufacturing method for labyrinth seals may therefore still have room for improvement. It is therefore the object of the present invention to at least partially circumvent at least one disadvantage of the prior art. It is in particular the object of the present invention to provide a manufacturing method for labyrinth seals, which allows the generation of the labyrinth seal in a simple manner.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen einer Labyrinthdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch eine Labyrinthdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfin- dung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. The object is achieved according to the invention by a method for producing a labyrinth seal having the features of claim 1. The object is also achieved by a labyrinth seal with the features of Claim 5. Preferred embodiments of the invention are described in the subclaims, in the description or the figures, wherein further features described or shown in the subclaims or in the description or the figures may represent individually or in any combination an object of the invention if the context does not clearly indicate the opposite.
Es wird vorgeschlagen ein Verfahren zum Herstellen einer Labyrinthdichtung, wobei ein digitaler Datensatz bereitgestellt wird, welcher Datensatz dreidimensionale Form- daten der Labyrinthdichtung umfasst, wobei die Labyrinthdichtung ein erstes Dichtelement und ein zweites Dichtelement umfasst, die zueinander korrespondierend ausgestaltet werden derart, dass zwischen dem ersten Dichtelement und dem zweiten Dichtelement ein Dichtspalt ausbildbar ist, wobei das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement durch einen gemeinsamen Herstellungsprozess basierend auf dem digitalen Datensatz durch ein additives Herstellungsverfahren jeweils einteilig erzeugt werden. It is proposed a method for producing a labyrinth seal, wherein a digital dataset is provided, which dataset comprises three-dimensional shape data of the labyrinth seal, the labyrinth seal comprising a first sealing element and a second sealing element, which are configured corresponding to one another such that between the first Sealing element and the second sealing element, a sealing gap can be formed, wherein the first sealing element and the second sealing element are each produced in one piece by a common manufacturing process based on the digital data set by an additive manufacturing process.
Die Erfindung bezieht sich somit auf die Konstruktion und Herstellung von Labyrinthdichtungen. Diese weisen gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zwei Dichtelemente auf, zwischen denen ein Dichtspalt ausgebildet ist. Insbesondere wird eine Labyrinthdichtung erzeugt, die genau zwei Dichtelemente aufweist. Es ist jedoch vom Rahmen der Erfindung umfasst, dass die Labyrinthdichtung mehr als zwei Dichtelemente aufweist. Dabei können die Dichtelemente in einer Ausgestaltung bevorzugt vollständig voneinander getrennt sein, wenn die Dichtelemente beispielsweise gegen- einander beweglich sein sollen. Charakteristisch bei Labyrinthdichtungen ist insbesondere, dass der Dichtspalt keinen geraden Verlauf aufweist, sondern der Dichteffekt durch eine beispielsweise labyrinthartige Form hervorgerufen wird. Ein derartiger Dichtspalt kann somit winkelig und/oder kurvig ausgestaltet sein, um ein Durchtreten von Fluid durch den Dichtspalt zu verhindern oder zumindest deutlich zu reduzieren. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Labyrinthdichtung aus genau oder auch mehr als zwei Dichtelementen besteht, die einzeln oder beide einteilig ausgestaltet sind. Um derartige Dichtungen herzustellen ist es bei dem vorbeschriebenen Verfahren vorgesehen, dass zunächst ein digitaler Datensatz bereitgestellt wird, welcher Datensatz dreidimensionale Formdaten der Labyrinthdichtung umfasst. Das Bereitstellen des Datensatzes kann dabei durch das Eingeben über eine Eingabeeinheit, wie etwa eine Tastatur, in einen Prozessor beziehungsweise in eine Steuereinheit, erfolgen, der beziehungsweise die Teil einer Herstellungsvorrichtung ist und das Herstellungsverfahren steuert. Alternativ kann der Datensatz in den Prozessor beziehungsweise in die Steuereinheit beispielsweise online übertragen werden oder auch von einem Speichermedium eingelesen werden. Der Datensatz umfasst dreidimensionale Formdaten der Labyrinthdichtung. In anderen Worten beschreibt der Datensatz die zu fertigende Labyrinthdichtung in seiner Größe und Geometrie beziehungsweise in seiner dreidimensionalen Form derart, dass basierend auf diesem Datensatz die Labyrinthdichtung erzeugbar ist. Beispielsweise sind die Formdaten dabei in einer Schichtstruktur ausgebildet, wie dies für additive Fertigungsverfahren an sich bekannt ist. Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Formdaten zusätzlich Informationen über Auslassöffnungen aufweist, welche von Bedeutung sein können, um nicht verarbeitetes Rohmaterial etwa aus einer Kavität aus der Labyrinthdichtung zu entfernen oder das Entfernen von Rohmaterial auf andere Weise zu erleichtern. Bei dem vorbeschriebenen Verfahren ist es nunmehr vorgesehen, dass das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement durch einen gemeinsamen Herstellungs- prozess basierend auf dem digitalen Datensatz durch ein additives Herstellungsverfahren jeweils einteilig erzeugt werden. In anderen Worten wird durch das additive Fertigungsverfahren die Labyrinthdichtung derart erzeugt, dass die Dichtelemente je- weils einteilig ausgestaltet sind und nicht aus mehreren Teilen erzeugt sind. The invention thus relates to the construction and manufacture of labyrinth seals. These have, according to the method described above, two sealing elements, between which a sealing gap is formed. In particular, a labyrinth seal is produced which has exactly two sealing elements. However, it is within the scope of the invention that the labyrinth seal has more than two sealing elements. In one embodiment, the sealing elements may preferably be completely separated from one another if the sealing elements are to be movable relative to one another, for example. Characteristic of labyrinth seals is in particular that the sealing gap has no straight course, but the sealing effect is caused by an example, labyrinthine shape. Such a sealing gap can thus be angular and / or curved in order to prevent or at least significantly reduce the passage of fluid through the sealing gap. For example, it can be provided that the labyrinth seal consists of exactly or more than two sealing elements, which are designed individually or both in one piece. In order to produce such seals, it is provided in the above-described method that first of all a digital data record is provided, which data record comprises three-dimensional shape data of the labyrinth seal. The provision of the data record can be done by entering via an input unit, such as a keyboard, in a processor or in a control unit, which or is the part of a manufacturing device and controls the manufacturing process. Alternatively, the data record in the processor or in the control unit, for example, be transmitted online or read from a storage medium. The data set comprises three-dimensional shape data of the labyrinth seal. In other words, the dataset describes the labyrinth seal to be produced in its size and geometry or in its three-dimensional form such that the labyrinth seal can be generated based on this dataset. For example, the shape data are formed in a layer structure, as is known per se for additive manufacturing methods. Furthermore, it may be provided that the shape data additionally has information about outlet openings, which may be of importance in order to remove unprocessed raw material such as from a cavity of the labyrinth seal or to facilitate the removal of raw material in other ways. In the method described above, it is now provided that the first sealing element and the second sealing element are each produced in one piece by a common manufacturing process based on the digital data set by an additive manufacturing process. In other words, the labyrinth seal is produced by the additive manufacturing method such that the sealing elements are each designed in one piece and are not produced from a plurality of parts.
Unter einem additiven Fertigungsverfahren kann dabei insbesondere verstanden werden ein Prozess, bei dem auf der Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern beziehungsweise Aufbauen von Material schichtweise ein Bauteil auf- gebaut wird. Beispiele für derartige Prozesse umfassen etwa den 3D-Druck, unter welchem oftmals auch Lasersintern beziehungsweise Laserschmelzen verstanden werden. Ein additives Fertigungsverfahren unterscheidet sich deutlich von konventionellen, abtragenden Fertigungsmethoden. Anstatt, wie bei abtragenden Verfahren bekannt, zum Beispiel ein Werkstück aus einem festen Block heraus zu fräsen, werden die Bauteile bei additiven Fertigungsverfahren Schicht für Schicht aus Werkstoffen aufgebaut, die als Ausgangsmaterial als insbesondere feines Pulver vorliegen. Anwendung finden derartige Verfahren etwa beim sogenannten Rapid Prototyping oder auch in der Serienproduktion. In this context, an additive manufacturing process can be understood as meaning, in particular, a process in which a component is built up in layers on the basis of digital 3D design data by depositing or building up material. Examples of such processes include, for example, 3D printing, which is often also understood to mean laser sintering or laser melting. An additive manufacturing process differs significantly from conventional, erosive manufacturing methods. Instead of milling a workpiece from a solid block, as is known in abrasive processes, for example the components in additive manufacturing process built layer by layer of materials, which are present as a starting material in particular fine powder. Such methods are used, for example, in so-called rapid prototyping or in series production.
Meist kommt zur Bearbeitung wie etwa zum Aufschmelzen des Rohmaterials ein Laser, wie etwa ein C02-Laser, ein Nd:YAG-Laser oder ein Faserlaser, oder auch eine Elektronenstrahlquelle zum Einsatz. Der pulverförmige Werkstoff ist beispielsweise ein Kunststoff, wie etwa Polyamid, Polycarbonat oder ein anderer Kunststoff, ein kunst- stoff beschichteter Formsand, oder auch ein Metallpulver, wie etwa aufweisend Nickel, Eisen, Cobalt, eine Legierung etwa der vorbeschriebenen Metalle, oder auch ein Keramikpulver. In most cases, a laser such as a CO 2 laser, an Nd: YAG laser or a fiber laser, or else an electron beam source is used for processing such as for melting the raw material. The powdery material is for example a plastic, such as polyamide, polycarbonate or another plastic, a plastic-coated molding sand, or a metal powder, such as nickel, iron, cobalt, an alloy of the above-described metals, or a ceramic powder ,
Ein derartiges Verfahren bietet signifikante Vorteile gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik. Such a method offers significant advantages over the prior art solutions.
Denn konventionell hergestellte Labyrinthdichtungen, etwa unter Verwendung von spanenden Prozessen erzeugt, unterliegen einer Vielzahl von Gerechtheiten, die das Gesamtsystem komplexer gestalten. Insbesondere hat sich als ein Nachteil bei den konventionellen Herstellungsverfahren herausgestellt, dass schon bei vergleichsweise einfachen Dichtgeometrien, also Geometrien des Dichtspalts, die Dichtelemente aus einer Vielzahl von Einzelteilen aufgebaut sein müssen. Denn bei der Dichtgeometrie geht oftmals die Güte des Dichteffekts einher mit einer komplexen Dichtgeometrie. Dies bedingt oftmals, dass die Dichtelemente in einander verschachtelt angeordnet werden, was es jedoch verhindert, dass diese auf einfache Weise in einander geschoben beziehungsweise angeordnet werden können. Vielmehr muss ein Dichtelement beziehungsweise die Labyrinthdichtung über vergleichsweise komplexe Fügeverfahren hergestellt werden, was in einem vergleichsweise komplexen Verfahren resultiert. For conventionally produced labyrinth seals, produced using machining processes for example, are subject to a variety of justifications that make the overall system more complex. In particular, it has turned out to be a disadvantage in the conventional production methods that even with comparatively simple sealing geometries, that is to say geometries of the sealing gap, the sealing elements have to be constructed from a large number of individual parts. In the case of sealing geometry, the quality of the sealing effect is often accompanied by a complex sealing geometry. This often requires that the sealing elements are arranged nested in each other, which, however, prevents that they can be pushed or arranged in a simple manner in each other. Rather, a sealing element or the labyrinth seal must be produced via comparatively complex joining methods, which results in a comparatively complex method.
Dadurch, dass bei dem vorbeschriebenen Verfahren die Labyrinthdichtung durch adaptive Fertigungsverfahren erzeugt wird, kann das erste Dichtelement in einem Schritt gemeinsam mit dem zweiten Dichtelement hergestellt werden, wobei das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement problemlos einteilig ausgestaltet werden. Dies erlaubt somit ein bedeutend einfacheres Herstellungsverfahren, da auf das Fügen von Einzelteilen verzichtet werden kann. Characterized in that in the method described above, the labyrinth seal is produced by adaptive manufacturing process, the first sealing element can be made in one step together with the second sealing element, wherein the first sealing element and the second sealing element are easily configured in one piece. This thus allows a much simpler manufacturing process, since it can be dispensed with the joining of individual parts.
Darüber hinaus läuft das Verfahren unabhängig von der Komplexität der Dichtspaltge- ometrie auf einfache Weise ab, so dass auch sehr komplexe Dichtspaltgeometrien beziehungsweise in einander verschachtelte Dichtelemente auf einfache Weise erzeugt werden können, die durch herkömmliche Prozesse oftmals nicht oder nur sehr komplex erzeugbar waren. Dichtspaltgeometrien können dabei komplexer durch die konstruktiven Freiheiten additiver Fertigungsverfahren gestaltet werden, ohne dabei die Teileanzahl zu erhöhen. Dadurch wird es möglich, eine Erhöhung der Dichtwirkung von Labyrinthdichtungen, vorzugsweise durch Erhöhung der Dichtspalte oder durch komplexere Dichtspaltgeometrien, zu erlauben, jedoch ohne dabei die Teilanzahl zu steigern. Insbesondere lassen sich durch das vorbeschriebene Verfahren Labyrinthdichtungen erzeugen, die eine Komponente der Richtung des Dichtspalts in zwei zueinander rechtwinklig angeordneten Richtungen aufweisen, wo also der Verlauf des Dichtspalts eine Komponente in zwei zueinander rechtwinklig angeordneten Richtungen aufweist, wobei die Länge der Richtungskomponenten größer sein kann als der Querschnitt des Dichtspalts. Die zwei zueinander rechtwinklig ausgerichteten Richtungskomponenten können etwa axial und radial verlaufen. Beispielsweise kann der Dichtspalt schleifenartig verlaufen, sei es kurvig oder winklig. Derartige Dichtspaltgeometrien bieten eine hohe Dichtwirkung, sind jedoch aufgrund der verschachtelten Anordnung der Dichtelemente durch herkömmliche Verfahren nur durch eine Vielzahl von Bauteilen er- zeugbar. In addition, the method runs in a simple manner regardless of the complexity of the Dichtspaltge- ometrie, so that even very complex Dichtspaltgeometrien or nested in each other sealing elements can be easily generated, which were often not or only very complex generated by conventional processes. Sealing gap geometries can be made more complex by the design freedom of additive manufacturing processes, without increasing the number of parts. This makes it possible to allow an increase in the sealing effect of labyrinth seals, preferably by increasing the sealing gaps or by more complex sealing gap geometries, but without increasing the number of parts. In particular, can be produced by the above method labyrinth seals having a component of the direction of the sealing gap in two mutually perpendicular directions, ie where the course of the sealing gap has a component in two mutually perpendicular directions, wherein the length of the directional components may be greater than the cross section of the sealing gap. The two mutually perpendicular directional components may extend approximately axially and radially. For example, the sealing gap may run in a loop, be it curvy or angled. Such sealing gap geometries offer a high sealing effect, but due to the nested arrangement of the sealing elements by conventional methods, they can only be produced by a large number of components.
Für die Anwendung der Dichtung zum Abdichten von Lagern wie etwa Wälzlagern o- der Spindellagern, sind derartige Richtungen des Dichtspalts beispielsweise radial beziehungsweise axial. For the application of the seal for sealing bearings such as roller bearings or spindle bearings, such directions of the sealing gap are, for example, radially or axially.
Bei adaptiven Labyrinthdichtsystemen, beispielsweise, kann unterschieden werden zwischen axialen und radialen Labyrinthen, insbesondere bei der Anwendung zur Abdichtung von Lagern. Um möglichst viele Schleifen im Labyrinth zu erzeugen, sind axiale Labyrinthe möglich. Jedoch, um jedoch die Fliehkraft durch den Rotor gezielt für die Dichtwirkung nutzen zu können - beispielsweise um Schmutz aus dem Spalt zu fördern und Schmierstoff zurück zu fördern, sind radiale Labyrinthdichtungen vorzuziehen. Insbesondere bei derartigen Systemen tritt eine massive Mehrteiligkeit auf, wenn etwa mindestens zwei bis drei Schleifen erreicht werden sollen, weshalb gene- rative Fertigungsverfahren Möglichkeiten bieten, diese Nachteile zu umgehen und den Herstellungsaufwand wirtschaftlich und technisch begrenzen können. Insbesondere bei Dichtspaltgeometrien mit radialen Richtungen des Dichtspalts lassen sich auf einfache Weise auch komplexe Dichtspaltgeometrien erzeugen. Somit ermöglicht das vorbeschriebene Verfahren die Reduzierung der Teileanzahl bei der Herstellung von Labyrinthdichtungen aller Art durch Nutzung additiver beziehungsweise generativer Fertigungsverfahren bei gleichzeitig möglicher Erhöhung der Dichtwirkung. Schließlich ermöglicht das vorbeschriebene Verfahren eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses durch Nutzung generativer Verfahren. Demgegenüber sind konventionelle Verfahren vergleichsweise aufwändig, da etwa Spanen von komplexen Geometrien aufwändig ist und Fügeverfahren ebenfalls die Komplexität erhöhen. Dadurch ermöglicht das vorbeschriebene Verfahren eine Erhöhung des Werts durch Erhöhen der Funktionalität und Senken der Herstellungskosten, was sich grundsätzlich aber in besonderem Maße bei Kleinserien beziehungsweise Prototypen bemerkbar macht. In adaptive labyrinth seal systems, for example, a distinction can be made between axial and radial labyrinths, especially in the application for sealing bearings. To create as many loops as possible in the labyrinth, axial labyrinths are possible. However, in order to target the centrifugal force through the rotor To be able to use for the sealing effect - for example, to promote dirt from the gap and to promote lubricant back, radial labyrinth seals are preferable. In particular, in such systems, a massive multipartite occurs when about at least two to three loops are to be achieved, which is why generative manufacturing processes offer ways to circumvent these disadvantages and can limit the production costs economically and technically. Especially with sealing gap geometries with radial directions of the sealing gap, complex sealing gap geometries can be produced in a simple manner. Thus, the above-described method allows the reduction of the number of parts in the production of labyrinth seals of all kinds by using additive or generative manufacturing methods with simultaneous possible increase in the sealing effect. Finally, the method described above makes it possible to simplify the manufacturing process by using generative methods. In contrast, conventional methods are comparatively complicated, since machining of complex geometries, for example, is complicated and joining methods likewise increase the complexity. As a result, the above-described method makes it possible to increase the value by increasing the functionality and lowering the production costs, which, however, in principle makes itself noticeable in small series or prototypes.
Mit Bezug auf das additive Fertigungsverfahren sind derartige Verfahren an sich be- kannt. Verwendbar ist beispielsweise ein 3D-Druckverfahren, wie etwa Lasersintern beziehungsweise Laserschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen, bei denen ein zu erzeugendes Bauteil schichtweise aufgebaut wird. Beispielsweise wird eine Schicht eines Pulvers des Rohmaterials, aus welchem die Dichtung geformt werden soll, wie etwa ein Metallpulver, auf eine Unterlage aufgebracht. Dazu wird eine Vorrichtung verwendet, die eine Pulverschicht mit einer genau definierten Dicke aufbringen kann. Zur Seite hin werden die Pulverschichten durch Wände begrenzt. Das Pulver, das zu dem festen Bauteil werden soll, wird mit einem Laser aufgeschmolzen und somit verschweißt. Ist die Schicht des Bauteils fertig, wird die Unterlage ein kleines Stück abgesenkt und eine weitere Pulverschicht über die fertige Schicht gezogen. Dann wird von der neuen Schicht wieder das benötigte Pulver mittels Laser aufgeschmolzen und mit der darunter liegenden Schicht verschweißt. Dadurch entsteht ein fester Körper aus Metall. Dies wird so lange wiederholt, bis das Bauteil komplett ist. Anschließend wird das lose Pulver entfernt, so dass das fertige Bauteil beziehungsweise die Laby- rinthdichtung fertig gestellt ist. With reference to the additive manufacturing process, such methods are known per se. Usable is, for example, a 3D printing method, such as laser sintering or laser melting or electron beam melting, in which a component to be produced is built up in layers. For example, a layer of powder of the raw material from which the gasket is to be formed, such as a metal powder, is applied to a substrate. For this purpose, a device is used which can apply a powder layer with a precisely defined thickness. To the side, the powder layers are bounded by walls. The powder, which is to become the solid component, is melted with a laser and thus welded. When the layer of the component is ready, the base is lowered a small amount and another powder layer is pulled over the finished layer. Then it will be from the new layer, the required powder melted by laser and welded to the underlying layer. This creates a solid body of metal. This is repeated until the component is complete. Subsequently, the loose powder is removed, so that the finished component or the labyrinth seal is completed.
Insbesondere für eine vorbeschriebene oder vergleichbare Ausgestaltung kann es nicht beschränkend dem Vorstehenden als Ausführungsbeispiel folgend von Vorteil sein, wenn das Verfahren die Verfahrensschritte umfasst: In particular for a previously described or comparable embodiment, it may not be restrictive to the above as an embodiment following advantage if the method comprises the method steps:
a) Bereitstellen des digitalen Datensatzes; a) providing the digital data set;
b) Eintragen eines pulverförmigen Rohmaterials in einen Bearbeitungsraum; b) introducing a powdery raw material into a processing space;
c) Dreidimensionales lokal begrenztes Verbinden von Pulverpartikeln des pulverförmigen Rohmaterials basierend auf dem Datensatz unter Ausbildung im Wesentlichen des ersten Dichtelements und des zweiten Dichtelements; und d) Entfernen freier Pulverpartikel. c) three-dimensional localized joining of powder particles of the powdery raw material based on the data set to form substantially the first sealing member and the second sealing member; and d) removing free powder particles.
Bei diesem Verfahren wird somit gemäß Verfahrensschritt a) der digitale Datensatz bereitgestellt, wie er vorstehend im Detail beschrieben ist. Ferner wird gemäß Verfahrensschritt b) pulverförmiges Rohmaterial in einen Bearbeitungsraum eingetragen. Un- ter einem Bearbeitungsraum ist dabei zu verstehen ein Raum beziehungsweise ein Volumen, in welchem das Pulver zum Ausbilden der Labyrinthdichtung behandelt wird. Beispielsweise kann der Bearbeitungsraum in der horizontalen Ebene durch Wandungen umschlossen sein und kann der Boden als Unterlage für das Rohmaterial dienen. Das Rohmaterial kann von oben eingestreut werden, etwa wie dies vorste- hend beschrieben ist. Gemäß Verfahrensschritt c) kann erfolgen ein dreidimensionales lokal begrenztes Verbinden von Pulverpartikeln des pulverförmigen Rohmaterials basierend auf dem Datensatz unter Ausbildung im Wesentlichen des ersten Dichtelements und des zweiten Dichtelements. Dieser Schritt kann beispielsweise unterbrochen werden durch ein erneutes Einstreuen von Rohmaterial, etwa wenn das Ver- fahren derart ausgeführt wird, dass zunächst eine definierte Dicke des Rohmaterials eingestreut wird, die Partikel teilweise verbunden werden und anschließend eine weitere Schicht des Rohmaterials eingefüllt wird. Somit kann ein Verbinden der Pulverpartikel schichtweise erfolgen, wodurch auch in einer vertikalen Ebene, also insgesamt dreidimensional, ein Verbinden der Pulverpartikel erfolgen kann. Eine Ausbildung im Wesentlichen des ersten Dichtelements und des zweiten Dichtelements kann ferner bedeuten, dass die erzeugten Dichtelemente noch Strukturen, wie insbesondere Auslassöffnungen zum Entfernen des Rohmaterials aufweisen kön- nen, die unter Umständen noch geschlossen werden oder auch offen verbleiben können. In this method, the digital data record is thus provided according to method step a), as described in detail above. Furthermore, in accordance with method step b), powdery raw material is introduced into a processing space. A processing space is to be understood as meaning a space or a volume in which the powder for forming the labyrinth seal is treated. For example, the processing space in the horizontal plane can be enclosed by walls and the floor can serve as a base for the raw material. The raw material can be interspersed from above, as described above. According to method step c), a three-dimensional localized joining of powder particles of the powdery raw material can be carried out based on the data set, forming essentially the first sealing element and the second sealing element. This step can be interrupted, for example, by re-sprinkling raw material, for example when the method is carried out such that initially a defined thickness of the raw material is interspersed, the particles are partially joined and subsequently a further layer of the raw material is filled. Thus, a bonding of the powder particles can be carried out in layers, which can be done in a vertical plane, so a total of three-dimensional, a bonding of the powder particles. An embodiment of substantially the first sealing element and the second sealing element can also mean that the sealing elements produced can still have structures, such as, in particular, outlet openings for removing the raw material, which under certain circumstances may still be closed or may remain open.
Ein lokal begrenztes Verbinden der Partikel erfolgt somit basierend auf dem digitalen Datensatz und damit begrenzt derart, dass die gewünschten Bauteile entstehen. In anderen Worten erfolgt ein Verbinden der Partikel an den Positionen, die Bestandteil der zu erzeugenden Labyrinthdichtung sind beziehungsweise sein sollen. A locally limited joining of the particles is thus based on the digital data set and thus limited so that the desired components arise. In other words, the particles are connected at the positions which are or should be part of the labyrinth seal to be produced.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Labyrinthdichtung aus einem Kunststoff oder einem Metall umfasst. Als geeignete Metalle sind beispielsweise aber in keiner Weise beschränkend Nickel, Palladium, Stahl, Kobalt, Kupfer, Titan, Eisen oder deren Legierungen zu nennen. Beispielhafte Kunststoffe umfassen beispielsweise aber in keiner Weise beschränkend Polyamid, Polycarbonat oder faserverstärkte Kunststoffe. Die Partikelgröße derartiger Materialien ist, wie grundsätzlich auch deren Material, allerdings grundsätzlich entsprechend der gewünschten Anwendung beziehungsweise herzustellenden Form und entsprechend dem konkreten additiven Fertigungsverfahren zu wählen. It may further be preferred that the labyrinth seal comprises a plastic or a metal. As suitable metals, for example, but in no way limiting nickel, palladium, steel, cobalt, copper, titanium, iron or their alloys may be mentioned. Exemplary plastics, for example, in no way limit polyamide, polycarbonate or fiber-reinforced plastics. The particle size of such materials, as well as their material in principle, but in principle to choose according to the desired application or mold to be produced and according to the concrete additive manufacturing process.
Ferner kann ein lokal begrenztes Verbinden der Partikel beispielsweise erfolgen unter Verwendung eines Lasers oder eines Elektronenstrahls, der die Partikel beispielswei- se lokal aufschmelzen und so verbinden kann, oder der, etwa bei Kunststoffen, eine lokale Härtung hervorrufen kann. Somit ist der Laser beziehungsweise der Elektronenstrahl zu wählen in Abhängigkeit des gewählten Rohmaterials. Furthermore, a localized joining of the particles can be carried out, for example, using a laser or an electron beam, which can, for example, locally melt and thus join the particles, or which, for example in the case of plastics, can cause local hardening. Thus, the laser or the electron beam to choose depending on the selected raw material.
Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass die Labyrinthdichtung bei der Herstellung an einem Lager fixiert wird, so dass ein Dichtelement des ersten und zweiten Dichtelements als Stator ausgebildet wird uns das zweite Dichtelement des ersten und zweiten Dichtelements als Rotor ausgebildet wird, etwa als Innenring beziehungsweise Außenring eines Wälzlagers. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem das Rohmaterial unmittelbar an die entsprechenden Stellen des Lagers gestreut wird, die Lagerbauteile somit als Boden des Bearbeitungsraumes dienen können. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach und mit besonders wenigen Herstellungsschritten realisierbar, da bei einer Herstellung der Labyrinthdichtung gleichermaßen ein Anbinden an das Lager erfolgt, so dass besonders wenige Herstellungsschritte notwendig sind. Beispiele für entsprechende Lager umfassen etwa Wälzlager oder Spindellager, bei denen ein Dichtungselement in an sich bekannter Weise als Stator fungiert und das weitere Dichtelement als Rotor fungiert. Furthermore, it may be preferred that the labyrinth seal is fixed to a bearing during manufacture, so that a sealing element of the first and second sealing element is formed as a stator us the second sealing element of the first and second sealing element is designed as a rotor, such as inner ring or outer ring a rolling bearing. This can for example be realized by the raw material is scattered directly to the corresponding points of the camp, the Bearing components can thus serve as the bottom of the processing space. This embodiment is particularly simple and can be realized with particularly few production steps, since in a production of the labyrinth seal equally tying takes place at the camp, so that very few manufacturing steps are necessary. Examples of corresponding bearings include, for example, roller bearings or spindle bearings in which a sealing element acts as a stator in a manner known per se and the further sealing element acts as a rotor.
Neben einer vorstehend beschriebenen Alternative bei der adaptiv an das Lager mon- tierte Dichtkonstruktionen realisiert werden, ist es von der Erfindung mit umfasst, die Labyrinthdichtung als in die Lagerinnenkonstruktion integrierte Dichtungen auszuführen, bei denen die zunächst erzeugte Labyrinthdichtung in das Lager integriert wird. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass das Lager entsprechende Aufnahmen für die Dichtelemente aufweist, um die Dichtelemente an dem Lager zu fixieren. Beispiels- weise kann dies durch eine Rastverbindung beziehungsweise Clipsverbindung und/oder grundsätzlich durch einen Formschluss realisiert werden. In addition to an alternative described above, in which sealing structures adaptively mounted on the bearing are realized, it is included in the invention to design the labyrinth seal as seals integrated into the bearing inner construction, in which the labyrinth seal initially produced is integrated into the bearing. For this purpose, it may be provided that the bearing has corresponding receptacles for the sealing elements in order to fix the sealing elements on the bearing. For example, this can be realized by a latching connection or clip connection and / or in principle by a positive connection.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird auf die nachfolgende Beschreibung der Labyrinthdichtung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren Bezug genommen und umgekehrt. With regard to further technical features and advantages of the method described above, reference is made to the following description of the labyrinth seal, the figures and the description of the figures, and vice versa.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Labyrinthdichtung, aufweisend ein erstes Dichtelement und ein zweites Dichtelement, wobei das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement derart zueinander korrespondierend ausgestaltet sind, dass zwi- sehen dem ersten Dichtelement und dem zweiten Dichtelement ein Dichtspalt ausgebildet ist, wobei das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement einstückig ausgebildet sind. The present invention further relates to a labyrinth seal, comprising a first sealing element and a second sealing element, wherein the first sealing element and the second sealing element are configured corresponding to each other so that between see the first sealing element and the second sealing element, a sealing gap is formed, wherein the first Sealing element and the second sealing element are integrally formed.
Ein vorbeschriebenes Dichtelement erlaubt insbesondere eine verbesserte Herstell- barkeit, da eine Labyrinthdichtung, bei welcher die Dichtelemente einteilig sind, eine reduzierte Teilanzahl benötigen. Dadurch können Herstellungsschritte eingespart und das Herstellungsverfahren für die vorbeschriebene Labyrinthdichtung besonders einfach gehalten werden. Dies gilt insbesondere vorteilhaft dann, wenn die Labyrinthdichtung aus dem ersten Dichtelement und dem zweiten Dichtelement, die vorzugsweise beide einteilig ausgestaltet sind, besteht. Es ist jedoch vom Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst, dass die Labyrinthdichtung mehr als zwei Dichtelemente aufweist. In particular, a sealing element described above permits improved manufacturability, since a labyrinth seal, in which the sealing elements are in one piece, requires a reduced number of parts. As a result, manufacturing steps can be saved and the manufacturing process for the above-described labyrinth seal can be kept particularly simple. This is particularly advantageous when the labyrinth seal of the first sealing element and the second sealing element, preferably Both are configured in one piece, consists. However, it is within the scope of the present invention that the labyrinth seal has more than two sealing elements.
Dabei ist eine besonders gute Dichtwirkung zu erzielen, wenn der Dichtspalt bezie- hungsweise sein Verlauf eine Richtungskomponente in zwei zueinander rechtwinklig angeordneten Richtungen aufweist, insbesondere wobei die Länge der Richtungskomponenten größer ist als der Querschnitt des Dichtspalts. Beispielsweise kann der Dichtspalt schleifenartig verlaufen, sei es kurvig oder winklig. Derartige Dichtspaltgeometrien bieten eine hohe Dichtwirkung, sind jedoch aufgrund der verschachtelten Anordnung der Dichtelemente durch herkömmliche Verfahren nur durch eine Vielzahl von Bauteilen erzeugbar. Da aber insbesondere in einer derartigen Ausgestaltung ein guter Dichteffekt zu erwarten ist, ist die vorliegende Erfindung insbesondere bei der Herstellung von Labyrinthdichtungen mit hoher Dichtwirkung von Vorteil. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, wenn wenigstens ein Dichtelement auf der dem Dichtspalt zugewandten Seite einen Hinterschnitt aufweist. Diese Ausgestaltung kann einen besonders guten Dichteffekt ermöglichen und ist ferner durch herkömmliche Herstellungsverfahren nur schwer erzielbar. Es kann weiterhin bevorzugt sein, wenn der Dichtspalt über einen Querschnitt mäand- riert. In anderen Worten kann der Dichtspalt zumindest zum Teil in Form von Schlingen ausgestaltet sein, die symmetrisch oder auch unsymmetrisch sein können. Insbesondere kann es von Vorteil sein, wenn der Dichtspalt über den Querschnitt frei mä- andriert. In dieser Ausgestaltung können beispielsweise die Bogenradien von einan- der abweichen und der Querschnitt des Dichtspalts variierend ausgestaltet ein. Ferner kann es in dieser Ausgestaltung vorteilhaft sein, wenn der Dichtspalt im Wesentlichen frei von rechten Winkeln ist, wobei rechte Winkel nicht ausgeschlossen sind. In this case, a particularly good sealing effect can be achieved if the sealing gap or its course has a directional component in two mutually perpendicular directions, in particular wherein the length of the directional components is greater than the cross section of the sealing gap. For example, the sealing gap may run in a loop, be it curvy or angled. Such sealing gap geometries offer a high sealing effect, but due to the nested arrangement of the sealing elements by conventional methods can only be produced by a large number of components. Since, however, a good sealing effect is to be expected, in particular in such an embodiment, the present invention is of particular advantage in the production of labyrinth seals with a high sealing effect. For example, it can be provided if at least one sealing element has an undercut on the side facing the sealing gap. This embodiment can allow a particularly good sealing effect and is also difficult to achieve by conventional manufacturing methods. It may further be preferred if the sealing gap meanders over a cross section. In other words, the sealing gap may be at least partially designed in the form of loops, which may be symmetrical or asymmetrical. In particular, it may be advantageous if the sealing gap freezes over the cross section. In this embodiment, for example, the radii of curvature may differ from one another and the cross section of the sealing gap may vary. Furthermore, it may be advantageous in this embodiment, when the sealing gap is substantially free from right angles, with right angles are not excluded.
Ferner kann der Durchmesser beziehungsweise Querschnitt des Dichtspalts unab- hängig von der konkreten Ausgestaltung einheitlich sein oder auch an verschiedenen Positionen abweichend ausgestaltet sein, also variierend ausgestaltet sein. Furthermore, the diameter or cross section of the sealing gap can be uniform regardless of the specific embodiment or can also be deviating at different positions, that is, configured to vary.
Eine weitere Variante einer freien Gestaltung der Dichtgeometrie kann darin gesehen werden, dass das erste Dichtelement als Rotor ausgestaltet ist, welcher um eine Ach- se rotierbar ist, und dass das zweite Dichtelement als Stator ausgebildet ist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Labyrinthdichtung wenigstens einen, bevorzugt mehr als einen, axialen Dichtspaltbereich aufweist, und wenigstens einen, bevorzugt mehr als einen, radialen Dichtspaltbereich aufweist, wobei es ferner vorgesehen ist, dass der radiale Dichtspaltbereich relativ zur Radialebene um den Winkel α geneigt ist, oder dass der axiale Dichtspaltbereich einen sich verändernden Querschnitt aufweist, bei denen sich der Dichtspalt etwa axial zu einem Lager, wie etwa Radialwälzlager oder weg von einem Radialwälzlager vergrößert oder verkleinert. Hierdurch können gezielt durch die Zentrifugalkraft eindringende Schmutzpartikel aus dem Labyrinth beziehungsweise dem Dichtspalt gefördert werden. Der axiale Dichtspaltbereich kann alternativ oder zusätzlich konstant gehalten werden oder mit veränderlichem Querschnitt gestaltet werden. Dadurch kann beispielsweise Schmierstoff zurück in ein Lager, welches die Labyrinthdichtung abdichtet, gefördert werden. Die exakte Ausgestaltung kann dabei in für den Fachmann verständlicher Weise abhängen von dem ge- wünschten Effekt und der spezifischen Anwendung. A further variant of a free design of the sealing geometry can be seen in that the first sealing element is designed as a rotor, which around an axis se is rotatable, and that the second sealing element is designed as a stator. It may be provided that the labyrinth seal has at least one, preferably more than one, axial sealing gap region, and at least one, preferably more than one, radial sealing gap region, wherein it is further provided that the radial sealing gap region relative to the radial plane by the angle α is inclined, or that the axial sealing gap area has a varying cross-section, in which the sealing gap increases or decreases approximately axially to a bearing, such as radial rolling bearings or away from a radial rolling bearing. In this way, targeted by the centrifugal force penetrating dirt particles from the labyrinth or the sealing gap can be promoted. The axial sealing gap area can alternatively or additionally be kept constant or designed with a variable cross section. As a result, lubricant, for example, back into a camp, which seals the labyrinth seal promoted. The exact configuration can depend on the desired effect and the specific application in a manner understandable to the person skilled in the art.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen: The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings with reference to preferred embodiments, wherein the features shown below, both individually and in combination may represent an aspect of the invention. Show it:
Fig. 1 : eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung an einem Wälzlager; 1 shows a schematic view of an embodiment of a labyrinth seal on a rolling bearing;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Herstellung einer Labyrinthdichtung;  2 shows a schematic representation of a production of a labyrinth seal;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung an einem Wälzlager; 3 shows a schematic view of a further embodiment of a labyrinth seal on a roller bearing;
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung an einem Wälzlager; und  4 shows a schematic view of a further embodiment of a labyrinth seal on a roller bearing; and
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Labyrinthdich- tung an einem Wälzlager.  5 shows a schematic view of a further embodiment of a labyrinth seal on a roller bearing.
In der Figur 1 ist eine erste Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung 10 gezeigt. Die Labyrinthdichtung 10 umfasst ein erstes Dichtelement 12 und ein zweites Dichtelement 14, wobei das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 14 derart zueinan- der korrespondierend ausgestaltet sind, dass zwischen dem ersten Dichtelement 12 und dem zweiten Dichtelement 14 ein Dichtspalt 16 ausgebildet ist. Dabei ist es vorgesehen, dass das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 16 einstückig ausgebildet sind. FIG. 1 shows a first embodiment of a labyrinth seal 10. The labyrinth seal 10 comprises a first sealing element 12 and a second sealing element 14, wherein the first sealing element 12 and the second sealing element 14 are connected to one another in such a way. are designed correspondingly, that between the first sealing element 12 and the second sealing element 14, a sealing gap 16 is formed. It is provided that the first sealing element 12 and the second sealing element 16 are integrally formed.
Im Detail zeigt die dargestellte Ausführungsform ein Radialwälzlager 18 mit Innenring 20, Außenring 22, kugelförmigem Wälzkörper 24 und einem Käfig 26. An der Stirnseite ist additiv am Innenring 20 das zweite Dichtelement 14 als einteiliger Stator, sowie am Außenring 22 das erste Dichtelement 12 als einteiliger Rotor angefügt. Zwischen rotierendem und statischem Bauteil befindet sich der Dichtspalt 16, der sich radial mindestens einmal in positive und negative Richtung ausdehnt, sowie in axialer Richtung eine Ausdehnung besitzt. Das Ausführungsbeispiel wird generativ beziehungsweise additiv hergestellt. Speziell bei pulverbasierten Herstellungsverfahren sind Auslassöffnungen 30 beziehungsweise -schlitze für das Restpulver vorzusehen, da Rotor und Stator beziehungsweise das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 14 in einem Herstellungsschritt gefertigt werden. Diese Auslassöffnungen 30 können sowohl am Rotor und/oder am Stator beziehungsweise am ersten Dichtelement 12 oder am zweiten Dichtelement 14 angeordnet werden. Infolge der Montage im Gehäuse und auf der Welle werden diese Auslassöffnungen 30 wieder verschlossen. Somit kann es grundsätzlich und unabhängig der konkreten Ausgestaltung möglich sein, die Auslassöffnungen 30 nicht zu verschließen, durch andere Bauteile zu verschließen oder unter Verwendung des insbesondere angeschmolzenen beziehungsweise geschmolzenen Stoffes des Rohmaterials, etwa durch Restpulver, oder andere insbesondere angeschmolzene beziehungsweise geschmolzene Materialien, zu ver- schließen. In detail, the illustrated embodiment shows a radial roller bearing 18 with inner ring 20, outer ring 22, spherical rolling elements 24 and a cage 26. On the front side is additively on the inner ring 20, the second sealing element 14 as a one-piece stator, and on the outer ring 22, the first sealing element 12 as one piece Rotor added. Between the rotating and static component is the sealing gap 16, which expands radially at least once in the positive and negative directions, and in the axial direction has an extension. The exemplary embodiment is produced generatively or additively. Especially in the case of powder-based production processes, outlet openings 30 or slots for the residual powder are to be provided, since the rotor and stator or the first sealing element 12 and the second sealing element 14 are manufactured in one production step. These outlet openings 30 can be arranged both on the rotor and / or on the stator or on the first sealing element 12 or on the second sealing element 14. As a result of mounting in the housing and on the shaft these outlet openings 30 are closed again. Thus, in principle and independently of the specific embodiment, it may be possible not to close off the outlet openings 30, to close them by other components or to use the particular molten or molten substance of the raw material, for example residual powder, or other melted or molten materials in particular - shut down.
In der Figur 2 ist ein Herstellungsverfahren für eine derartige Labyrinthdichtung 10 gezeigt. Bei einem derartigen Verfahren wird ein digitaler Datensatz bereitgestellt, welcher Datensatz dreidimensionale Formdaten der Labyrinthdichtung 10 umfasst, wobei die Labyrinthdichtung 10 das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 14 umfasst, die zueinander korrespondierend ausgestaltet werden derart, dass zwischen dem ersten Dichtelement 12 und dem zweiten Dichtelement 14 ein Dichtspalt 16 ausbildbar ist, wobei das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 14 durch ei- nen gemeinsamen Herstellungsprozess basierend auf dem digitalen Datensatz durch ein additives Herstellungsverfahren jeweils einteilig erzeugt werden. FIG. 2 shows a production method for such a labyrinth seal 10. In such a method, a digital data set is provided, which data set comprises three-dimensional shape data of the labyrinth seal 10, wherein the labyrinth seal 10 comprises the first sealing element 12 and the second sealing element 14, which are designed to correspond to one another such that between the first sealing element 12 and the second Sealing element 14, a sealing gap 16 can be formed, wherein the first sealing element 12 and the second sealing element 14 by a NEN common manufacturing process based on the digital data set by an additive manufacturing process are each produced in one piece.
Die einteilige Herstellung von erstem Dichtelement 12 und zweitem Dichtelement 14 zeigt Figur 2 exemplarisch mit einem Beispiel zur optimalen Orientierung im Bauraum. Konstruktiv ist für pulverbettbasierte Verfahren auf Auslassöffnungen 30 zur Pulverentfernung zu achten, sowie grundsätzlich auf eine minimale Spaltbreite von vorzugsweise < 1 mm, bevorzugt < 0,7mm, beispielsweise < 0,5mm, wie etwa < 0,3mm, für den Dichtspalt 16. Generell ist die Konstruktion entsprechend zu optimieren, um etwa- ig notwendiges Stützmaterial entfernen zu können. Selbst größere Spaltbreiten gegenüber spanendend hergestellten Labyrinthdichtungen sind insofern tolerierbar, da mehrere„Schleifen" im Labyrinth enthalten sein können, die Dichtspaltgeometrie somit deutlich komplexer ausgestaltet werden kann. Illustriert ist außerdem der schichtweise Aufbau der Labyrinthdichtung durch nacheinander aufgefüllte Schichten 32 entlang dem Pfeil 36. Dabei sind die Auslassöffnungen 30 in der linken Ausgestaltung aus Figur 2 in dem zweiten Dichtelement 14 angeordnet und in der rechten Ausgestaltung in Figur 2 in dem ersten Dichtelement 12. The one-part production of the first sealing element 12 and the second sealing element 14 is shown in FIG. 2 by way of example with an example for optimum orientation in the installation space. Structurally, for powder bed-based processes, attention must be paid to outlet openings 30 for powder removal, and in principle to a minimum gap width of preferably <1 mm, preferably <0.7 mm, for example <0.5 mm, such as <0.3 mm, for the sealing gap 16 The design must be optimized accordingly in order to be able to remove any necessary support material. Even larger gap widths compared with labyrinth seals produced by machining can be tolerated insofar as several "loops" can be contained in the labyrinth, thus making the seal gap geometry considerably more complex the outlet openings 30 are arranged in the left embodiment of Figure 2 in the second sealing element 14 and in the right embodiment in Figure 2 in the first sealing element 12th
Vorteile ergeben sich, wie dies vorstehend beschrieben ist, in der einteiligen Herstel- lung der Dichtelemente 12, 14, in der Herstellbarkeit eines Dichtspalts 16 mit mehreren Schleifen und einem geringerer konstruktiverer Aufwand durch weniger Schnittstellen. Advantages result, as described above, in the one-piece production of the sealing elements 12, 14, in the manufacturability of a sealing gap 16 with a plurality of loops and a lower constructive effort through fewer interfaces.
In der Figur 3 ist eine weitere Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung 10 gezeigt. Diese Ausführungsform zeigt relativ zur Radialebene um den Winkel α geneigte Dichtungslamellen, beziehungsweise weist eine bezüglich der Radialebene winkelig angeordneten radialen Dichtspaltbereich 16r auf. Hierdurch können gezielt durch die Zentrifugalkraft eindringende Schmutzpartikel aus dem Labyrinth beziehungsweise dem Dichtspalt 16 gefördert werden. Zusätzlich können veränderliche Dichtspalte 16 realisiert werden, bei denen sich der Dichtspalt etwa axial zu einem Lager, wie etwa Radialwälzlager 18 oder weg von einem Radialwälzlager 18 vergrößert oder verkleinert, beispielsweise Schmierstoff zurück ins Lager fördern können. Der axiale Dichtspaltbereich 16a kann konstant gehalten werden oder ebenfalls durch variable Neigungswin- kel α mit veränderlichem Querschnitt gestaltet werden. Diese Ausführungsform wird ebenfalls durch eine generative Herstellung erst mit vertretbarem Aufwand ermöglicht. FIG. 3 shows a further embodiment of a labyrinth seal 10. This embodiment shows relative to the radial plane by the angle α inclined sealing blades, or has an angle with respect to the radial plane radially arranged sealing gap region 16 r . In this way, targeted by the centrifugal force penetrating dirt particles from the labyrinth or the sealing gap 16 can be promoted. In addition, variable sealing gaps 16 can be realized, in which the sealing gap approximately axially to a bearing, such as radial roller bearing 18 or away from a radial roller bearing 18 increased or decreased, for example, can promote lubricant back into the camp. The axial sealing gap region 16 a can be kept constant or likewise by variable tilting angle. kel be designed with variable cross-section. This embodiment is also made possible by a generative production only with reasonable effort.
Vorteile sind wiederum eine einteilige Herstellung, zweiteilig in der Funktion, variable Neigungen der Dichtungslamellen und das Ausbilden von einer Förderwirkung durch lokal veränderliche Dichtspalte 16. Advantages are in turn a one-piece production, two-part in the function, variable inclinations of the sealing fins and the formation of a conveying effect by locally variable sealing gaps 16th
In der Figur 4 ist eine weitere Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung 10 gezeigt. Diese Ausführungsform zeigt eine Labyrinthdichtung 10, umfassend einen Rotor als erstem Dichtelement 12 und Stator als zweitem Dichtelement 14. Es sind sowohl radiale Dichtspaltbereiche 16r als auch axiale Dichtspaltbereiche 16a integriert. Durch entsprechende Hinterschnitte 34 kann somit die Dichtwirkung durch zusätzliche„Labyrinthschleifen" erhöht werden. Weiterhin ist eine generative Herstellung vorgesehen, ähnlich den vorigen Ausführungsformen. Für pulverbettbasierte Varianten sind vorteil- haft lokal Auslassöffnungen 30, vorzugsweise in Form von Bohrungen, Schächten o- der ähnlichem, vorgesehen, um überschüssiges Pulver beziehungsweise Rohmaterial zu entfernen. Diese werden nach Einbau vorzugsweise durch Welle und Gehäuse wieder verschlossen. Die Auslassöffnungen 30 können in radialer Richtung oder auch in axialer Richtung angeordnet werden. Die Vorteile sind etwa eine effektive Dichtwir- kung der Labyrinthe beziehungsweise des Dichtspalts 16 sowie eine einteilige Fertigung der Dichtelemente 12, 14. FIG. 4 shows a further embodiment of a labyrinth seal 10. This embodiment shows a labyrinth seal 10 comprising a rotor as the first sealing element 12 and stator as the second sealing element 14. There are both radial sealing gap areas 16 r and axial sealing gap areas 16 a integrated. The sealing effect can thus be increased by additional "labyrinth loops" by means of corresponding undercuts 34. For powder-bed-based variants, it is advantageous to have local outlet openings 30, preferably in the form of bores, shafts or the like These are, after installation, preferably reclosed by means of a shaft and a housing.The outlet openings 30 can be arranged in the radial direction or also in the axial direction.The advantages are, for example, an effective sealing effect of the labyrinths or the sealing gap 16 and a one-piece production of the sealing elements 12, 14th
In der Figur 5 ist eine weitere Ausgestaltung einer Labyrinthdichtung 10 gezeigt. Die in der Figur 5 dargestellte Ausführungsform zeigt eine Labyrinthdichtung 10 mit einem Dichtspalt 16 in einer Freiform. Dies ist durch generative Fertigungsverfahren herstellbar. Allerdings sind durch einen geschwungenen Dichtspalt 16 entsprechende Auslassöffnungen 30 vorzusehen, sofern pulverbettbasierte Verfahren zum Einsatz kommen. Durch die nahezu freie Gestaltung des Dichtspalts 16 kann die Dichtwirkung effektiv erhöht werden. Die Form des Dichtspalts 16 ist beliebig zu variieren, ggf. kön- nen mehrere Schleifen eingebaut werden, etwa wenn der Dichtspalt in einem Querschnitt mäandriert. Die Vorteile können etwa gesehen werden in dem Erzeugen beliebiger Dichtspaltgeometrien, angepasst je nach vorgesehener Anwendung, in der einteilige Herstellung, zweiteilig im Betrieb und in dem variablen Freiformdichtspalt. FIG. 5 shows a further embodiment of a labyrinth seal 10. The embodiment shown in FIG. 5 shows a labyrinth seal 10 with a sealing gap 16 in a free-form. This can be produced by generative manufacturing processes. However, 16 corresponding outlet openings 30 are to be provided by a curved sealing gap, if powder bed based methods are used. Due to the almost free design of the sealing gap 16, the sealing effect can be effectively increased. The shape of the sealing gap 16 can be varied as desired, if necessary, several loops can be installed, for example if the sealing gap meanders in a cross section. The advantages can be seen, for example, in producing any desired seal geometry, adapted depending on the intended application, in the one-piece production, two-part operation and in the variable free-form sealing gap.
Bezugszeichenliste Labyrinthdichtung List of symbols labyrinth seal
erstes Dichtelement  first sealing element
zweites Dichtelement  second sealing element
Dichtspalt sealing gap
r radialer Dichtspaltbereichr radial sealing gap area
a axialer Dichtspaltbereich a axial sealing gap area
Radialwälzlager  radial bearings
Innenring  inner ring
Außenring  outer ring
Wälzkörper  rolling elements
Käfig  Cage
Auslassöffnung  outlet
Schicht  layer
Hinterschnitt  undercut
Pfeil  arrow

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zum Herstellen einer Labyrinthdichtung (10), wobei ein digitaler Da- tensatz bereitgestellt wird, welcher Datensatz dreidimensionale Formdaten der Labyrinthdichtung (10) umfasst, wobei die Labyrinthdichtung (10) ein erstes Dichtelement (12) und ein zweites Dichtelement (14) umfasst, die zueinander korrespondierend ausgestaltet werden derart, dass zwischen dem ersten Dichtelement (12) und dem zweiten Dichtelement (14) ein Dichtspalt (16) ausbildbar ist, wobei das erste Diehtelement (12) und das zweite Dichtelement (14) durch einen gemeinsamen Herstel- lungsprozess basierend auf dem digitalen Datensatz durch ein additives Herstellungsverfahren jeweils einteilig erzeugt werden. 1 . A method for producing a labyrinth seal (10), wherein a digital data record is provided, which data record comprises three-dimensional shape data of the labyrinth seal (10), the labyrinth seal (10) comprising a first sealing element (12) and a second sealing element (14), which are designed to correspond to one another such that a sealing gap (16) can be formed between the first sealing element (12) and the second sealing element (14), wherein the first die element (12) and the second sealing element (14) are produced by a common production process be generated integrally based on the digital data set by an additive manufacturing process.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Verfahrensschritte umfasst: a) Bereitstellen des digitalen Datensatzes; b) Eintragen eines pulverförmigen Rohmaterials in einen Bearbeitungsraum; c) Dreidimensionales lokal begrenztes Verbinden von Pulverpartikeln des pulverförmigen Rohmaterials basierend auf dem Datensatz unter Ausbildung im Wesentlichen des ersten Dichtelements (12) und des zweiten Dichtelements2. The method according to claim 1, characterized in that the method comprises the method steps: a) providing the digital data record; b) introducing a powdery raw material into a processing space; c) three-dimensional locally limited joining of powder particles of the powdery raw material based on the data set to form substantially the first sealing element (12) and the second sealing element
(14); und d) Entfernen freier Pulverpartikel. (14); and d) removing free powder particles.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laby- rinthdichtung (10) aus einem Kunststoff oder einem Metall gefertigt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the labyrinth seal (10) is made of a plastic or a metal.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (10) bei der Herstellung an einem Lager fixiert wird, so dass ein Dichtelement des ersten (12) und zweiten (12) Dichtelements als Stator ausgebildet wird und das zweite Dichtelement (14) des ersten (12) und zweiten (14) Dichtelements als Rotor ausgebildet wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the labyrinth seal (10) is fixed in the manufacture of a bearing, so that a sealing element of the first (12) and second (12) sealing element is formed as a stator and the second sealing element (14) of the first (12) and second (14) sealing element is designed as a rotor.
5. Labyrinthdichtung, aufweisend ein erstes Dichtelement (12) und ein zweites Dichtelement (14), wobei das erste Dichtelement (12) und das zweite Dichtelement (14) derart zueinander korrespondierend ausgestaltet sind, dass zwischen dem ersten Dichtelement (12) und dem zweiten Dichtelement (14) ein Dichtspalt (16) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichtelement (12) und das zweite Dichtelement (14) einstückig ausgebildet sind. 5. labyrinth seal, comprising a first sealing element (12) and a second sealing element (14), wherein the first sealing element (12) and the second sealing element (14) are configured corresponding to each other in such a way that between the first sealing element (12) and the second Sealing element (14) is formed a sealing gap (16), characterized in that the first sealing element (12) and the second sealing element (14) are integrally formed.
6. Labyrinthdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laby- rinthdichtung (10) nur aus dem ersten Dichtelement (12) und dem zweiten Dichtelement (14) besteht. 6. labyrinth seal according to claim 5, characterized in that the labyrinth seal (10) consists only of the first sealing element (12) and the second sealing element (14).
7. Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Dichtelement (12, 14) auf der dem Dichtspalt (16) zuge- wandten Seite einen Hinterschnitt (34) aufweist. 7. labyrinth seal according to one of claims 5 or 6, characterized in that at least one sealing element (12, 14) on the sealing gap (16) facing away from an undercut (34).
8. Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtspalt (16) über einen Querschnitt mäandriert. 8. labyrinth seal according to one of claims 5 to 7, characterized in that the sealing gap (16) meanders over a cross section.
9. Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichtelement (12) als Rotor ausgestaltet ist, welcher um eine Achse rotierbar ist, und dass das zweite Dichtelement (14) als Stator ausgebildet ist, wobei die Labyrinthdichtung (10) wenigstens einen axialen Dichtspaltbereich (16a) aufweist, und wenigstens einen radialen Dichtspaltbereich (16r) aufweist, wobei es ferner vor- gesehen ist, dass der radiale Dichtspaltbereich (16r) relativ zur Radialebene um den Winkel α geneigt ist, und/oder dass der axiale Dichtspaltbereich (16a) einen sich verändernden Querschnitt aufweist. 9. labyrinth seal according to one of claims 5 to 8, characterized in that the first sealing element (12) is designed as a rotor which is rotatable about an axis, and that the second sealing element (14) is designed as a stator, wherein the labyrinth seal ( 10) has at least one axial sealing gap region (16 a ), and at least one radial sealing gap region (16 r ), wherein it is further provided that the radial sealing gap region (16 r ) is inclined by the angle α relative to the radial plane, and / or that the axial sealing gap region (16 a ) has a changing cross section.
10. Verwendung eines additiven Fertigungsverfahrens zum Herstellen einer Laby- rinthdichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 9. 10. Use of an additive manufacturing method for producing a labyrinth seal (10) according to one of claims 5 to 9.
PCT/DE2017/100500 2016-06-20 2017-06-14 Labyrinth seal and method for producing a labyrinth seal WO2017220075A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016210955.3 2016-06-20
DE102016210955.3A DE102016210955B4 (en) 2016-06-20 2016-06-20 Labyrinth seal and method of making a labyrinth seal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017220075A1 true WO2017220075A1 (en) 2017-12-28

Family

ID=59337392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2017/100500 WO2017220075A1 (en) 2016-06-20 2017-06-14 Labyrinth seal and method for producing a labyrinth seal

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102016210955B4 (en)
WO (1) WO2017220075A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3636921A1 (en) * 2018-10-09 2020-04-15 Burckhardt Compression AG Seat valve, valve component of a seat valve and method for producing a valve component of a seat valve
CN113446319A (en) * 2021-06-23 2021-09-28 人本股份有限公司 Bearing seal assembly method and structure based on photosensitivity

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018204894A1 (en) * 2018-03-29 2019-10-02 BMTS Technology GmbH & Co. KG loader
DE102018129107A1 (en) * 2018-11-20 2020-05-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Process for additive manufacturing of an assembly and assembly

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5383549A (en) * 1993-08-20 1995-01-24 Precismeca Gesellschaft Fur Fordertechnik Mbh Conveyor-belt cylinder
DE19747127A1 (en) * 1996-11-05 1998-05-07 Alfa Laval Ab Labyrinth seal for rotating shaft
DE202013104012U1 (en) * 2013-09-05 2014-12-08 Paul Müller GmbH & Co. KG Unternehmensbeteiligungen Sealing element with additional ring
US20160116091A1 (en) * 2014-10-27 2016-04-28 The Boeing Company Rotary Fluid Coupling
EP3130827A1 (en) * 2015-08-14 2017-02-15 Goodrich Actuation Systems Limited Seals

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1187212A (en) 1913-08-20 1916-06-13 Westinghouse Machine Co Gland-packing.
US5204055A (en) 1989-12-08 1993-04-20 Massachusetts Institute Of Technology Three-dimensional printing techniques
DE19720811A1 (en) 1997-05-16 1998-11-19 Neher Systeme Gmbh & Co Kg Cladding structure frame with two vertical and two horizontal frame pieces
FR2893358A1 (en) 2005-11-15 2007-05-18 Snecma Sa THERMOMECHANICAL PIECE OF TURBOMACHINE FOR REVOLUTION AROUND A LONGITUDINAL AXIS, COMPRISING AN ANNULAR LECHETTE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
DE102014208425A1 (en) * 2013-11-28 2015-05-28 Continental Teves Ag & Co. Ohg Method for producing a sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5383549A (en) * 1993-08-20 1995-01-24 Precismeca Gesellschaft Fur Fordertechnik Mbh Conveyor-belt cylinder
DE19747127A1 (en) * 1996-11-05 1998-05-07 Alfa Laval Ab Labyrinth seal for rotating shaft
DE202013104012U1 (en) * 2013-09-05 2014-12-08 Paul Müller GmbH & Co. KG Unternehmensbeteiligungen Sealing element with additional ring
US20160116091A1 (en) * 2014-10-27 2016-04-28 The Boeing Company Rotary Fluid Coupling
EP3130827A1 (en) * 2015-08-14 2017-02-15 Goodrich Actuation Systems Limited Seals

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3636921A1 (en) * 2018-10-09 2020-04-15 Burckhardt Compression AG Seat valve, valve component of a seat valve and method for producing a valve component of a seat valve
CN113446319A (en) * 2021-06-23 2021-09-28 人本股份有限公司 Bearing seal assembly method and structure based on photosensitivity

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016210955B4 (en) 2021-08-12
DE102016210955A1 (en) 2017-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017220075A1 (en) Labyrinth seal and method for producing a labyrinth seal
EP2952275B1 (en) Screw feed element and method for the additive manufacture of screw feed elements
DE102008012064B4 (en) Method and device for producing a hybrid molding produced by a hybrid process and hybrid molding produced by the process
EP3256738B1 (en) Flow-conducting component
DE102014012480B4 (en) Manufacturing process for a blading of a turbomachine, blading a turbomachine and impeller
EP3299117B1 (en) Method for producing or repairing a component of a rotary machine and component produced or repaired according to such a method
EP3421157A1 (en) Method for producing an impeller of a rotary machine and impeller produced according to such a method
EP2524750A2 (en) Method for producing metallic components with an opening
DE102015210744A1 (en) Method for manufacturing a turbine blade
EP3338918A1 (en) Layered construction device and layered construction method for additive manufacture of at least one component area of a component
DE102015216802A1 (en) Method for producing a capsule for hot isostatic pressing
DE102017204588B4 (en) composite component
WO2020211887A1 (en) Layer building process and layer building apparatus for the additive manufacture of at least one wall of a component, as well as computer program product and storage medium
EP3281728A1 (en) Method for producing a component of a rotary machine and component produced according to such a method
DE102008013285A1 (en) Roller bearing component, has cavity formed in sub-areas in bend or circular shape, where component is made of metal with grain structure and predominant set of grains is extendly formed in disk-shape according to presettable plane in area
WO2018082740A1 (en) Ball element for bearing applications and method for the production thereof
WO2017153313A1 (en) Device for carrying out a selective laser melting and a laser metal deposition process, and component produced therewith
DE102016211068A1 (en) Method for producing at least one component
EP4142970A1 (en) Irradiation strategy for a coolable, additively manufactured structure
EP3175036A1 (en) Method for producing or machining a roller, roller and functional layer of a roller
WO2022189286A1 (en) Manufacture of an impeller in a hybrid process
EP2399006B1 (en) Method of producing a rotor containing a plurality of blades and rotor
AT523693B1 (en) Process for manufacturing a three-dimensional component
DE102013002242A1 (en) Producing component, which flows through and around medium, preferably producing housing component, preferably producing valve component, comprises producing component in three dimensions by selective melting of raw material
DE102018204191A1 (en) Device for the additive production of at least one component region of a component and layer construction method

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17739462

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17739462

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1